ทั่วไป

กลยุทธ์การพรางตัวของแมลงนี้สามารถช่วยเราสร้างอุปกรณ์ปกปิดได้


อนุภาคขนาดเล็กที่แมลงเพลี้ยจักจั่นออกมาสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรได้รับคำตอบในการผลิตอุปกรณ์ปิดบัง อย่างน้อยนั่นคือสิ่งที่ทีมวิศวกรของ Penn State University เชื่อ

อนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่า brochosomes ถูกแมลงหลั่งออกมาเพื่อให้ปีกของมันแห้งในสภาพเปียก โบรโคโซมเป็นพืชที่ไม่ชอบน้ำดังนั้นจึงควรทำให้ปีกบอบบางแห้งโดยการขับไล่น้ำออก

นอกจากนี้ยังมีผลข้างเคียงที่เป็นประโยชน์ในการให้ลายพรางสำหรับสัตว์ร้ายตัวน้อยจากสัตว์นักล่าด้วยเช่นกัน

สารคัดหลั่งเป็นสองเท่าของการอำพราง

ทีมงานพบว่าโบรโคโซมที่หลั่งออกมาดูเหมือนจะเปลี่ยนความยาวคลื่นของแสงมากพอที่จะทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ปิดบังทางชีวภาพ

นักวิทยาศาสตร์ทราบมานานแล้วว่าเพลี้ยจักจั่นขับไล่อนุภาคขนาดเล็กเหล่านี้และเช็ดพวกมันที่ปีก แต่ก่อนหน้านี้สิ่งที่ไม่เคยเข้าใจมาก่อนก็คือสารคัดหลั่งทำให้เพลี้ยจักจั่นและไข่ของพวกมันกลมกลืนกับภูมิหลังของพวกมัน สิ่งนี้ทำให้ผู้ใหญ่และไข่มองไม่เห็นสัตว์นักล่าของพวกมันเช่นด้วงเต่าทอง

ความลับของอนุภาคขนาดเล็กดูเหมือนจะเป็นโครงสร้างทางกายภาพของพวกมัน ลูกฟุตบอลแต่ละลูกเช่นเม็ดเล็กขนาดเล็กถูกปกคลุมด้วยการเยื้องระดับนาโนการเยื้องเหล่านี้เป็นขนาดที่เหมาะสมในการดูดซับแสงอย่างน้อยก็ในช่วงสเปกตรัมเฉพาะ

ทีมงานจะพยายามสร้างสิ่งเทียมขึ้นมา

"เรารู้ว่าอนุภาคสังเคราะห์ของเราอาจมีความน่าสนใจในเชิงออปติกเนื่องจากโครงสร้างของมัน" ตาก - สิงห์หว่องจากเพนน์สเตทอธิบายในแถลงการณ์ เขาเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกล Wormely Family Early Career Professor in Engineering ที่ Penn State

"เราไม่รู้จนกระทั่งอดีต postdoc ของฉันและผู้เขียนนำการศึกษา Shikuan Yang ได้นำเรื่องนี้ขึ้นในการประชุมกลุ่มว่าเพลี้ยจักจั่นทำสารเคลือบที่ไม่เหนียวเหนอะหนะซึ่งมีโครงสร้างตามธรรมชาติคล้ายกับสารสังเคราะห์ของเรามากซึ่งทำให้เรา ต้องสงสัยว่าเพลี้ยจักจั่นใช้อนุภาคเหล่านี้ในธรรมชาติอย่างไร "

หลุมเป็นความลับ

พบว่าหลุมของอนุภาคอยู่ใกล้กับความยาวคลื่นของแสงมาก หลุมเหล่านี้ทำให้อนุภาคดูดซับแสงและปล่อยให้แมลงมองไม่เห็น อนุภาคทำหน้าที่เหมือนวัสดุที่เป็นโลหะซึ่งเป็นประเภทของวัสดุที่ใช้ในอุปกรณ์ปิดบังได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ปัญหาคือในภาคสนามเพลี้ยจักจั่นเหล่านี้ผลิตผลิตภัณฑ์นี้ได้น้อยมากและรวบรวมได้ยากมาก "หว่องกล่าว" แต่เราได้ผลิตโครงสร้างเหล่านี้จำนวนมากในห้องแล็บแล้วเพียงพอที่จะใส่เข้าไปในเครื่อง เพื่อดูคุณสมบัติทางแสงของมัน "

ทีมวิจัยได้เผยแพร่ผลการศึกษาที่พยายามสังเคราะห์สารคัดหลั่งใน Nature Communications ทีมวิศวกรได้ออกแบบวัสดุสังเคราะห์ที่เลียนแบบคุณสมบัติของโบรโคโซมของเพลี้ยจักจั่น ในการทำเช่นนี้พวกเขาได้พัฒนากระบวนการห้าขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับสิ่งที่เรียกว่าการสะสมไฟฟ้าเคมี

ทีมงานได้ทำการทดสอบโบรโคโซมเทียมโดยวางลงบนใบไม้และดูพวกมันด้วยการมองเห็นแมลงจำลอง น่าสนใจมากพอที่อนุภาคสังเคราะห์จับแสงได้ประมาณ 99% ในช่วงสเปกตรัมจาก UV ไปจนถึงอินฟราเรดใกล้ พวกเขาผสมผสานเข้ากับพื้นหลังได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แน่นอนว่าลายพรางไม่ใช่ของหายากในธรรมชาติ แต่มีตัวอย่างน้อยมากของการเคลือบป้องกันแสงสะท้อนตามธรรมชาติเช่นนี้ อย่างไรก็ตามมอดตาเป็นข้อยกเว้นที่น่าสังเกต มอดมีโครงสร้างนาโนป้องกันแสงสะท้อนที่ป้องกันไม่ให้แสงสะท้อนออกไปในเวลากลางคืน สิ่งนี้ช่วยให้พวกเขา 'ซ่อนตัว' ในเวลากลางคืนจากนักล่าในเวลากลางคืน

เครื่องมือที่เหมาะสมสำหรับงาน

กระบวนการสังเคราะห์ควรสามารถปรับขนาดได้ นอกจากนี้ยังสามารถทำโบรโซมสังเคราะห์ได้ในทางทฤษฎีจากวัสดุที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจรวมถึงโลหะเช่นทองหรือเงินไปจนถึงสารประกอบเช่นแมงกานีสออกไซด์ นักวิจัยเชื่อว่าวัสดุแต่ละชิ้นมีวัตถุประสงค์และการใช้งานของตัวเองนอกเหนือจากอุปกรณ์ปิดบัง

"ตัวอย่างเช่นแมงกานีสออกไซด์เป็นวัสดุที่นิยมใช้ในซุปเปอร์คาปาซิเตอร์และแบตเตอรี่เนื่องจากมีพื้นที่ผิวสูงอนุภาคนี้จึงสามารถสร้างอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ที่ดีและทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีในอัตราที่สูงขึ้น" ทัก - สิงห์วงศ์อธิบาย .

การใช้งานอื่น ๆ ที่ทีมงานแนะนำ ได้แก่ การเคลือบป้องกันแสงสะท้อนสำหรับเซ็นเซอร์หรือกล้อง นอกจากนี้ยังอาจมีประโยชน์อย่างยิ่งในกล้องโทรทรรศน์ อุปกรณ์เหล่านี้จะได้รับประโยชน์จากการสะท้อนแสงที่ลดลงซึ่งส่งผลต่ออัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานในเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อเพิ่มการจับแสงที่ความยาวคลื่นและมุมต่างๆ

หว่องอธิบายว่านี่คือ "การศึกษาขั้นพื้นฐาน" "ในอนาคตเราอาจพยายามขยายโครงสร้างให้มีความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นหากเราสร้างโครงสร้างให้ใหญ่ขึ้นเล็กน้อยมันจะดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยาวขึ้นเช่นอินฟราเรดกลางและเปิดใช้งานเพิ่มเติมในการรับรู้และการเก็บเกี่ยวพลังงานได้หรือไม่"

สามารถใช้ทำอุปกรณ์ปิดบังได้หรือไม่?

ปรากฎว่าอนุภาคเป็นผลมาจากการเต้นรำที่ไม่มีที่สิ้นสุดของนักล่าและเหยื่อในธรรมชาติ สิ่งที่น่าประทับใจพอ ๆ กับคุณสมบัติของอนุภาคขนาดเล็กเหล่านี้พวกมันถูก 'ปรับ' ให้เข้ากับความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างเพลี้ยจักจั่นและผู้ล่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีเฉพาะที่สามารถมองเห็นด้วงเต่าทองได้

ไม่น่าเป็นไปได้ที่อุปกรณ์ปิดบังขนาดเดียวที่ใช้งานได้จริงจะมาจากผลงานของทีมโดยตรง แต่เป็นหนทางที่น่าสนใจในการสำรวจ โครงสร้างของวัสดุธรรมชาติเหล่านี้และการทดลองเพิ่มเติมในการสังเคราะห์อาจทำให้เกิดสิ่งที่น่าสนใจมากในอนาคต

สำหรับตอนนี้เราต้องพอใจกับการใช้งานที่มีศักยภาพในเทคโนโลยีที่มีอยู่ โดยเฉพาะผู้ที่ต้องการโซลูชันเพื่อลดการสะท้อนแสง การใช้งานที่มีศักยภาพในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์อาจมี 'ขาบางส่วน' อย่างที่พวกเขากล่าว

ไม่ว่าการใช้งานจริงของการค้นพบนี้มีเพียงอนาคตเท่านั้นที่จะบอกได้ แต่ biomimicry เช่นนี้อาจเป็นช่องทางที่น่าสนใจในการสำรวจอย่างไรก็ตาม ใครจะรู้สักวันมันอาจนำไปสู่อุปกรณ์ปิดบังที่ได้รับแรงบันดาลใจทางชีวภาพในชีวิตจริง